În vremuri de criză

Omenirea nu poate progresa dacă nu are la dispoziţie surse eficiente de energie care să permită desfăşurarea în condiţii normale a tuturor activităţilor umane.
  În decursul timpului, s-a trecut progresiv de la folosirea energiei musculare, la descoperirea focului, ajungându-se în prezent la valorificarea energiei nucleare.
  Cerinţele energetice, menţinerea păcii, nevoia de hrană şi protecţia mediului înconjurător constituie, pentru începutul mileniului III, probleme globale ale dezvoltării civilizaţiei pe planeta noastră.  Se apreciază că la nivelul tehnicii, tehnologiei şi resurselor actuale, globul terestru poate suporta o populaţie de circa 15-20 miliarde de locuitori. Totuşi, este greu de admis că în perspectivă densitatea medie a  populației va fi limitată la aproximativ un locuitor pe kilometru pătrat, având în vedere posibilităţile nebănuite ale ştiinţei, care poate schimba modul de acţiune umană prin aducerea în câmpul cercetării a noi surse energetice şi de materii prime.
  În condiţiile reducerii folosirii  zăcămintelor de petrol, gaze naturale şi cărbuni, se impun noi direcții de cercetare, pentru valorificarea unor surse neconvenţionale de energie solară, chimică, eoliană, geotermică, nucleară, a mareelor şi a căderilor de apă. Unele din aceste surse energetice sunt nepoluante, regenerabile şi practic inepuizabile în timp.
   Ecuaţia energie-dezvoltare este abordată cu responsabilitate atât la nivel naţional, cât şi de către organizaţii de prestigiu, ca UE sau ONU, care au elaborat studii şi au organizat dezbateri pe diverse teme energetice.
Globalizarea și administrarea resurselor planetei într-o societate de consum, politica Uniunii Europene pentru reducerea poluării și a efectelor  schimbării climatice, asumarea responsabilităților și gestionarea ineficientă a investițiilor pe termen mediu, pandemia Covid-19 și războiul din Ucraina  reprezintă contextul generării în 2022 a crizei energetice de amploare.
Primul pas important către un regim global de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră a fost Protocolul de la Kyoto, care a fost adoptat în 1997 și a intrat în vigoare în 2005.
   Acest protocol internațional a fost urmat de Acordul de la Paris,  care a fost semnat la 22 aprilie 2016 și ratificat de Uniunea Europeană la 5 octombrie 2016. În conformitate cu acest angajament, statele membre au convenit ca UE să devină prima economie și societate neutră din punct de vedere climatic până în 2050.
Printre strategiile energetice ale Comisiei Europene trebuie menționat Pachetul energie/climă (adoptat în decembrie 2008), care a oferit un stimulent suplimentar pentru creșterea gradului de folosire a surselor regenerabile de energie, precum și Directiva 2009/28/CE privind promovarea utilizării energiei din surse regenerabile, prin care s-a stabilit ca până în 2020  o pondere de 20 % din consumul de energie la nivelul UE  să fie obținută din surse regenerabile.
  În anul 2020, Comisia Europeană a adoptat Legea europeană a climei, ca parte importantă a Pactului verde European, având ca obiectiv reducerea emisiilor gazelor cu efect de seră cu cel puțin 55% până în 2030, comparativ cu 1990, ajungându-se la valori negative după 2050, fiecare stat membru UE trebuie să atingă, în termen de 30 de ani, neutralitatea climatică. 
  Planul de măsuri propus în 2022 de Comisia Europeană pentru depășirea sau măcar ameliorarea crizei energetice, cuprinde următoarele măsuri principale:
1. Reducerea obligatorie a consumului de electricitate la vârf de consum.
2. Reglementarea Marjei Comerciale la producătorii de energie cu costuri reduse (energie regenerabilă) care fac profituri mari, excepție fiind profiturile care vor fi reinvestite.
3. Supraimpozitarea companiilor de petrol și gaz pentru susținerea companiilor și gospodăriilor.
4. Asigurarea de surse financiare care să asigure lichiditățile pentru companiile energetice și evitarea blocajelor financiare și a blocării piețelor.
5.Plafonarea prețului gazelor rusești - probabil prin compensarea din fondurile UE a diferenței între prețul plafonat și prețul pieței, sau prin refuzarea preluării unor cantități peste acest plafon.
  Președinta Comisiei Europene, Ursula von der Leyen, a afirmat în fața presei: „Vom propune o plafonare a prețurilor la gazul rusesc... Trebuie să reducem veniturile Rusiei, pe care Putin le folosește pentru a finanța acest război atroce din Ucraina”.
Rusia a reacționat imediat prin președintele Vladimir Putin:  „Aceasta este încă o prostie, o altă decizie care nu are treabă cu piața și care nu are niciun viitor ca măsură. Toate restricțiile de natură administrativă în comerțul global nu vor face decât să ducă la prețuri disproporționate și mai mari”. În acest context istoric, se impune eficientizarea consumului de energie electrică de către unități economice, instituții și gospodării ale populației.
  Pentru reducerea pierderilor de căldură prin conducție și convecție, se poate utiliza principiul termosului, soluție tehnică novatoare aplicată în practică încă din 1892 de către chimistul și fizicianul scoțian Sir James Dewar .
  În principiu, termosul este un recipient cu pereți dubli între care s-a realizat un spațiu vidat cu rol de izolator termic. Pereții săi sunt realizați din materiale impermeabile (sticlă, mase plastice, metale) și pot fi acoperiți cu un strat de argint sau alt material reflectorizant pentru a reduce transferul de căldură prin radiație. 
  În fig. 1 este reprezentată schema constructivă a unui  vas de gătit, care este compus din vasul propriu-zis (V), capacul (C) și suportul (S), având pereți dubli și spații vidate pentru izolare termică.
                                                                   Fig. 1

Vasul de gătit poate fi încălzit direct la flacăra aragazului sau prin intermediul unui captator termic.
  Un exemplu de captator termic este prezentat în brevetul de invenție RO  118167 din 19.01.1999, fiind redată  în fig. 2 o secțiune transversală a acestui dispozitiv.

         Fig. 2

  Sursele neconvenționale de energie de tip panouri solare și turbine eoliene sunt regenerabile și nepoluante, însă funcționarea acestora depinde  de  localizarea spațio-temporală.
  În fig.3 este reprezentată schema constructivă a unui rezervor subteran cu pereți dubli și spațiu vidat, care poate fi utilizat pentru stocarea pentru iarnă a apei încălzite în timpul verii cu panouri solare .
                                              Fig. 3 

  Pierderile de căldură prin radiație termică pot fi diminuate prin acoperirea pereților cu substanțe reflectorizante, dar și prin utilizarea spumei poliuretanice sau a altor materiale termoizolante.
  Pe lângă forma geometrică paralelipipedică, rezervorul poate fi de tip sferic, caz în care suprafața schimbului de căldură cu exteriorul are o  valoare minimă pentru un volum dat.
  Pe de altă parte,  raportul dintre arie și volum, r = A/V = 3/R, este invers proporțional cu raza (R)  a rezervorului, acest parametru fiind corelat cu rata pierderilor de căldură. 
Pentru a calcula energia necesară schimbării temperaturii apei se utilizează relațiile cunoscute     Q = mcΔt, 1 kWh = 3600000 J,  unde c = 4180 J/kg.K este căldura specifică a apei, m reprezintă masa, iar Δt este variația temperaturii. Prin calcule simple rezultă că 1 kWh  de energie poate încălzi cu un grad 861 kg de apă, altfel spus,  0,861 metri cubi.
  În timpul sezonului cald, apa poate fi încălzită la temperaturi mai mari de 50 °C cu ajutorul panourilor solare sau cu alte mijloace tehnice, fiind depozitată apoi  în rezervoare subterane cu pereți dubli, care delimitează spații vidate – deosebit de eficiente pentru izolarea termică față de mediul exterior.
  În timpul sezonului rece, căldura furnizată de un rezervor subteran cu volumul de 100 metri cubi prin răcirea apei cu  30 °C poate economisi o energie electrică de circa 3483 kWh, cantitate suficientă pentru a acoperi consumul mediu al unei familii pe un an.
  Stocarea energiei termice în apa unor rezervoare subterane este o metodă deosebit de utilă în politica energetică  și protecția mediului din aceste vremuri de criză, soluția tehnică fiind mai eficientă la volume mari și o bună izolare termică față de sol.
   În condițiile crizei energetice actuale, se impune pentru fiecare țară valorificarea eficientă a rețelei hidrografice.
Energia căderilor de apă a fost utilizată cu circa trei milenii în urmă, în ţări ca China şi India, unde s-a folosit roata hidraulică din lemn sau bambus, pentru irigarea culturilor.
  Un salt calitativ îl reprezintă trecerea la turbina hidraulică, concepută teoretic de matematicianul Leonhard Euler, dar realizată în practică la mijlocul secolului al XVIII-lea de către inginerul francez Fourneyron şi meşterul rus Sofonov.
  În general, o turbină hidraulică, pe lângă partea fixă,este prevăzută cu o parte mobilă, numită rotor, pe care sunt montate paletele, dispuse regulat. După forma constructivă şi modul de acţionare a rotorului, turbinele hidraulice pot fi de tip Pelton, Francis sau Kaplan, utilizate pentru debite mici, medii sau mari de apă.
  Într-o centrală hidroelectrică, turbinele hidraulice acţionează generatoarele electrice care produc curent alternativ. Cu ajutorul unor reţele de distribuţie şi a unor staţii de transformare, curentul electric ajunge la diverşi consumatori.
Țările care au ieșire la mări sau oceane pot beneficia de energia cinetică și potențială a mareelor, pentru a obține energie electrică cu ajutorul turbinelor mareomotrice și a generatoarelor electrice.
Un astfel  de sistem energetic a fost  pus în funcțiune încă din anul 1966  în  La Rance (Franța), deținând recordul de putere (240 MW) până în 2011, atunci când a fost depășit de centrala mareomotrică construită la Uldolmok (Coreea de Sud), având o putere de 254 MW.  În prezent se derulează proiectul MeyGen din Scoția, care va asigura o putere de 398 MW, atunci când va fi pus în funcțiune. De menționat că energia mareelor a fost folosită încă din Antichitate în Egipt, iar în secolul al XII-lea  a fost exploatată și în Europa.
   Mareele reprezintă oscilații (flux și reflux)  ale nivelului  apei din mări și oceane  care sunt  generate de forțele  de atracție ale Lunii și Soarelui, forțele centrifuge,  pozițiile  relative ale Pământului față de Lună și Soare,  configuraţia geomorfologică a suprafeței Pământului etc.
În funcție de perioada de oscilație, mareele pot fi:
• semidiurne (12h30min în zona ecuatorială)
• diurne (24h50min în zona tropicală)
• semilunare sau de sizigii (14,7 zile)
• lunare sau de perigeu și apogeu (27,5 zile).
  Forțele mareice influențează nu numai dinamica oceanelor și geomorfologia planetei, ci și manifestarea vieții pe Terra, prin impunerea în biosferă a unor bioritmuri naturale. Aceste forțe sunt responsabile chiar și pentru schimbări la nivel cosmic, ca de exemplu Luna își modifică traiectoria față de  Pământ prin disipare de energie.
În largul oceanului, amplitudinea mareelor nu depășește 80 cm, însă înălțimea acestora poate avea valori mult mai mari în apropierea coastelor unde se manifestă efectul de pâlnie, așa cum se întâmplă în estuare sau în golfuri lungi și puțin adânci, ca de exemplu în Golful Fundy (America de Nord) nivelul apei poate ajunge la 19,6 m. Un nivel foarte mic al mareelor, de ordinul centimetrilor, este întâlnit la mările închise: Marea Neagră, Marea Mediterană, Marea Baltică,  Marea Caspică.
Conversia energiei cinetice a curenților mareici în energie electrică de către generatoare acționate de  turbine cu ax orizontal sau cu ax vertical este rentabilă atunci când viteza curenților
din larg depășește 1 m/s, pe o suprafaţă de minim 0,5 kilometri pătrați şi adâncimi mai mari de 5 metri. Viteza  curenților mareici poate fi mărită prin realizarea unor structuri subacvatice pentru dirijarea apei spre palele turbinelor.
În cazul în care înălțimea mareelor depășește 8 m, se construiesc baraje pentru acumularea apei la flux și evacuarea apei la reflux, funcționarea turbinelor fiind adaptată pentru ambele sensuri de circulație.
Deși  mareele reprezintă o sursă  inepuizabilă și regenerabilă de energie, răspândită la scară planetară și independentă de anotimp, prezintă și dezavantaje legate de dimensiunile structurilor și instalațiilor, investiții uriașe, posibile efecte nocive asupra mediului etc.
La nivel global, există numeroase locații pentru construirea de centrale mareomotrice, cel puțin 100 dintre acestea fiind potrivite pentru proiecte mari.
În articolul „Sub semnul creativității”, postat pe Academia.edu, am prezentat „amenajarea unor porţiuni din platforma continentală a mărilor şi oceanelor cu structuri hidrotehnice eficiente, pentru protecţia ţărmului la tsunami prin fenomenele de reflexie, refracţie şi interferenţă, precum şi formarea de  turbioane  pentru atenuarea energiei  valurilor seismice”. 
  Astfel de structuri hidrotehnice,  având praguri subacvatice,  diguri cu deschideri de tip pâlnie și porți pentru acumularea și evacuarea apei la flux, respectiv reflux pot deveni soluții tehnice eficiente  în valorificarea energiei mareelor .
  În ultimă instanță, Soarele este sursa de energie primară pentru Terra, care se poate transforma în diverse alte forme de energie: fotochimică, fotoelectrică, termică sau mecanică, în particular în energie eoliană. Din păcate, caracterul intermitent al vântului are consecinţe negative asupra densităţii de putere - care este proporţională cu pătratul vitezei acestuia.
  În practică, rotorul aeroturbinei are o turaţie mică, iar cuplarea acestuia cu rotorul generatorului electric se face prin intermediul unor mecanisme care multiplică viteza de rotaţie. Interconectarea generatoarelor electroeoliene necesită la rândul său modulatoare trifazate care asigură o valoare constantă a frecvenţei la tensiune reglabilă.
  Propun factorilor de decizie, valorificarea energiei troposferei prin intermediul centralelor electrice acționate prin tiraj termobaric.
Pe baza particularităţilor regimului termic și baric, atmosfera este divizată în cinci straturi  principale (separate prin straturi de tranziţie), cel mai de jos fiind  troposfera (0 – 11 km), componenta care reţine 4/5 din întreaga masă de aer și în care se produc majoritatea fenomenelor meteorologice. Această pătură a atmosferei se caracterizează prin scăderea cu altitudinea  nu numai a presiunii și densității aerului, ci și a temperaturii, gradientul termic vertical fiind de  circa  – 6 ... – 7 ºC /km.
  În brevetul RO 119969, din  data de 1.02.2001, este prezentată o conductă termoizolantă, caracterizată prin aceea că are pereți dubli din material transparent, iar spațiul dintre aceștia este vidat.  S-a constatat experimental că o astfel de conductă, având o lungime mai mare de 10 m și un diametru de ordinul decimetrilor, asigură un tiraj considerabil atunci când este dispusă la soare în poziție verticală sau înclinată, iar în interior se află un tub metalic pentru absorbția radiației solare. Explicația este simplă: pe măsura încălzirii aerului din interiorul conductei, se modifică valorile gradienților presiunii și densității, aerul fiind evacuat  pe la partea superioară  și aspirat din mediul înconjurător pe la partea inferioară.
  Prin montarea la capătul superior al conductei a unei elice cu ax vertical cuplat la un generator electric, energia curentului de aer este transformată succesiv în energie mecanică și energie electrică.
   În fig. 4 este prezentată schema constructivă a unei centrale electrice cu tiraj termobaric, care este  formată din turnul (1), având peretele dublu din material transparent și spațiu de separare vidat, sistemul elicoidal de acționare  (2), cuplajul mecanic (C) și generatorul electric (G), la care se adaugă dispozitivele de reglare și control, precum și structura cu rol de suport mecanic, elemente care nu au mai fost reprezentate pentru simplificarea desenului. Porțiunea din fața interioară a peretelui diametral opusă soarelui este acoperită cu un strat absorbant pentru radiația solară.
                                                                            Fig. 4
  Desigur, învelișul transparent (1) este realizat în variantă modulară, componentele  fiind montate în deschiderile cadrului suport - care asigură rezistența la solicitările mecanice.
    În funcție de condițiile concrete ale amplasamentului, pe lângă forma cilindrică a turnului, pot fi alese diverse alte forme geometrice: conice, piramidale, prismatice etc.
    Centrala electrică poate fi amplasată în mediul marin sau pe uscat, în afara sau în interiorul localităților, chiar și în orașele mari, având în vedere că nu poluează, ci din contră împrospătează și răcorește aerul prin circulare forțată.  În cazul centralelor electrice din zone colinare sau montane, turnul pentru fluxul de aer poate fi înlocuit cu o structură de tip seră având pereți dubli, rigizi și transparenți, care este  dispusă de-a lungul pantelor orientate spre sud, înclinarea acestora fiind  mai mare decât 45°.
   Din păcate, distribuţia radiaţiei solare în spaţiu şi timp este  dificil de  controlat, având în vedere că depinde de zonă, anotimp, declinaţia soarelui, relief, nebulozitatea atmosferei etc.
  Pentru concentrarea radiaţiei solare se pot utiliza dispozitive optice de tipul lentilelor convergente şi al oglinzilor sferice, cilindrice sau parabolice. În focarul concentratoarelor de radiaţie sunt amplasaţi fie receptori termici confecţionaţi din materiale puternic absorbante sau care au proprietăţi de transmisie selectivă, fie celule solare sau fotoelemente care transformă direct energia solară în energie electrică.
  Pe baza conversiei energiei solare în energie termică sau electrică funcţionează instalaţiile pentru climatizarea locuinţelor şi obţinerea apei calde menajere, precum şi cuptoare solare, pompe solare sau chiar centrale electrice solare de putere medie.
Conversia radiaţiei solare este utilizată nu numai pe Pământ, ci şi în spaţiul cosmic la sateliţii artificiali.
  Cercetarea ştiinţifică a condus la obţinerea unor celule fotochimice care produc energie electrică prin reacţii chimice sub acţiunea radiaţiilor solare.
  În Japonia s-a construit un dispozitiv, format dintr-o lentilă Fresnel şi o celulă fotochimică cu ajutorul căruia s-a obţinut hidrogen din apă utilizând energia solară. O altă idee de interes o constituie combinarea proceselor fotochimice şi electrochimice în baterii electrice care pot fi încărcate direct de la Soare.
  Un interes deosebit pentru energetică îl reprezintă pilele electrice, de combustie şi termoelectrice.  Pilele electrice şi de combustie sunt convertizoare care permit transformarea directă a energiei chimice de legătură a substanţelor în energie electrică. Ambele tipuri sunt prevăzute cu electrozi cufundaţi într-un electrolit, deosebirea fiind aceea că la pilele electrice se consumă catodul, iar la cele de combustie combustibilul, o substanţă care poate fi oxidată, catodul rămânând nemodificat.
  Conversia energiei chimice în energie electrică se bazează pe reacţiile de reducere la catod şi reacţiile de oxidare la anod care asigură transferul ionilor pozitivi prin electrolit, împotriva câmpului electric, pe seama câmpului imprimat electrochimic. În teoria lui Nernst, câmpul electric imprimat se explică prin stratul dublu de sarcini electrice care apare la suprafaţa de contact dintre un metal şi un electrolit.
  Un exemplu din prima categorie este pila Leclanché, iar pentru cea de-a doua categorie se menţionează pila cu hidrogen. La pila cu hidrogen, dacă electrolitul este alcalin, se foloseşte o membrană cu schimbători de anioni(anionit), iar, dacă este acid, membrana este de tip schimbător de cationi (cationit).
  Pilele termoelectrice sunt convertizoare de energie care se bazează pe efecte termoelectrice, în special efectul Seebeck. Acest efect reprezintă apariţia unei tensiuni electromotoare într-un circuit format din doi conductori sau semiconductori de natură diferită când zonele de îmbinare se află la temperaturi diferite. Se poate demonstra teoretic şi verifica experimental că variația tensiunii  electromotoare este proporţională cu diferenţa de temperatură.
  O altă aplicaţie în practică a efectului Seebeck este termocuplul care reprezintă un dispozitiv de măsurare a temperaturii. Pilele de combustie şi termoelectrice se află încă în faza de cercetare, urmărindu-se creşterea puterii electrice, reducerea preţului de cost şi simplificarea tehnologiei de fabricare.
În condițiile schimbărilor climatice și ale crizei energetice la scară planetară, se impune colaborarea tuturor țărilor pentru realizarea unor lucrări  hidrotehnice de mare anvergură, ca de exemplu proiectele pentru Marea Moartă și Depresiunea  Qattara, având ca scop producerea de energie electrică, precum și  influențarea benefică a dinamicii atmosferei, a temperaturii și circuitului apei  în zonele aride.
   Marea Moartă se află în centrul marelui deșert  Rift Valley, între Israel și Regatul Iordaniei,  având  o suprafață  de circa 605  kilometri pătrați, o lungime de 50  de kilometri, o lățime maximă de 18  kilometri și o adâncime medie de 200 de metri, suprafața apei fiind cu 427 metri sub nivelul Mării Roșii.
  Din cauza evaporării intense și aportului  scăzut de apă dulce al râului Iordan, salinitatea apei din Marea Moartă este de  9,6 ori mai mare decât a oceanului planetar, iar nivelul apei scade în fiecare an cu aproape un metru.
  Pentru a preveni dispariția Mării Moarte, Banca Mondială susține proiectul de realizare a unei conexiuni cu Marea Roșie printr-un canal cu lungimea de circa 180 kilometri, care, pe lângă funcția de alimentare cu apă și beneficiile de ordin turistic, are efecte favorabile asupra mediului înconjurător și permite construirea  unei centrale hidroelectrice și a unei centrale pentru desalinizarea apei de mare.
  Un proiect similar poate fi avut în vedere în cazul Depresiunii Qattara din nord-vestul Egitului, care are o suprafață de aproximativ 18 000 de kilometri pătrați și coboară la 133 metri sub nivelul mării, fiind necesare investiții considerabile pentru  realizarea unor conexiuni cu Marea Mediterană, prin canale și tunele cu lungimea totală de aproximativ 80 de kilometri.
    Omenirea trebuie să-și unescă forțele pentru valorificarea  deșertului Sahara, prin  construirea unor centrale solare și realizarea unor rețele hidrografice artificiale, energia electrică obținută  fiind utilizată parțial pentru desalinizarea apei  de mare.
Conversia radiaţiei solare trebuie valorificată nu numai pe Pământ, ci şi la diverse altitudini în atmosferă sau spațiul cosmic, având în vedere că radiația solară incidentă perpendicular pe unitatea de suprafață în unitatea de timp la limita superioară a atmosferei, cunoscută sub numele de constantă solară, are o valoare destul de ridicată, de circa 1340  W/m2, care este  de 13,4 ori mai mare decât iluminarea solară la nivelul  scoarței terestre.
  Încă din anul 2000 am înregistrat la OSIM  cererea de brevet de invenție nr. 98-00802, denumită  „Concentratori cosmici de radiație”,  în care sunt  propuse dispozitive amplasate pe orbite geostaționare pentru concentrarea radiației solare prin reflexie și refracție. 
   Concentratorii de tip oglindă se pot obține prin acoperirea cu straturi de argint a unor plăci de formă plană sau calotă sferică, iar concentratorii de tip lentilă se pot fabrica  din diverse materiale transparente, precum: sticlă, policarbonat, acril, PVC etc. Ambele tipuri de concentratori sunt produse  la dimensiuni mari  în varianta modulară. Desigur, modulele sunt sunt realizate pe  Pământ și transportate pe orbită unde sunt asamblate.
  Având în vedere dificultățile de transport în spatiu a unor module rigide, se recomandă o nouă variantă constructivă pentru concentratorii cosmici, care se bazează pe folii flexibile rezistente la condițiile fizice existente la altitudini mari.
                                    Fig. 5   Fig. 6
    În fig. 5 este prezentată schema constructivă a unui concentrator cosmic de radiație prin reflexie, alcătuit din folii sau table (1) din material reflectător (ex. staniol, aluminiu) dispuse pe tuburi flexibile (2), care sunt alimentate cu gaz sub presiune de la un rezervor (3), pentru a asigura forma geometrică prestabilită.
  În fig. 6  este prezentată schema constructivă a unui concentrator cosmic de radiație prin refracție, alcătuit din pereții transparenți și impermeabili (1 și 2), care delimitează compartimentele (3), umplute cu gaz incolor sub presiune de la rezervorul (4), pentru a asigura forma geometrică și indicele de refracție prestabilite. Pereții interiori (2) sunt prevăzuți cu supape care permit trecerea gazului într-un singur sens.
   Orientarea optimă a concentratorilor de radiație față de Soare și Pământ se poate realiza cu diverse sisteme de automatizare, care nu au mai fost reprezentate în desene, fiind cunoscute la nivelul tehnicii actuale.
  Conversia radiației solare în energie electrică se poate face cu panouri solare direct pe orbită, după care este transformată în  fascicule de microunde transmise către receptori situați pe stații energetice terestre  sau pe mijloace de transport rutier, naval sau aerian.
  O altă soluție tehnică pentru conversia energiei solare se bazează pe mașinile termice, care pot deveni eficiente în spațiul cosmic, având în vedere diferența mare dintre temperaturile din fața și spatele unui obstacol orientat spre Soare . Într-adevăr, randamentul unui motor termic este limitat superior de randamentul ciclului Carnot, η = 1 – T2 /T1, unde  T1 este temperatura absolută a sursei calde, iar T2 este temperatura absolută a sursei reci.
   Sursele termice calde și reci sunt utile pentru producerea de lucru mecanic cu ajutorul  unor mașini cu abur, turbine cu abur sau chiar a unor motoare termice de tip Wankel.
  Motoarele termice pot fi utilizate pentru acționarea unor generatoare electrice, curentul continuu permițând stocarea energiei sub formă de hidrogen, combustibil nepoluant obținut prin electroliza apei.
                                                                                         Fig. 7
   În fig. 7 este  prezentată  schema constructivă pentru o sursă caldă  în spațiul cosmic, care este compusă în principal din captatorul (C) a radiației solare,  rezervorul (R)  cu fluid și placa (6)  din sticlă sau alt material transparent, pentru crearea efectului de seră.
  Rezervorul (R) se află în focarul captatorului (C), care este de forma unui paraboloid de rotație, fiind prevăzut cu două incinte vidate  (4 și 5), delimitate prin pereții argintați (1, 2 și 3), pentru evitarea propagării căldurii prin conducție în spațiul cosmic. 
Orientarea spre Soare a captatorului se realizează cu ajutorul unor sisteme de reglare automată, care nu au mai fost redate în figura 6, pentru simplificarea desenului.
   Sursa cosmică rece poate avea o schemă constructivă similară, cu mențiunea că nu este necesară placa transparentă (6), iar captatorul este în sens opus față de Soare.
   O altă posibilitate pentru obținerea energiei electrice în spațiul cosmic se bazează pe efectul Seebeck, prin utilizarea unor termoelemente ale căror puncte de sudură se află în contact termic cu sursele calde și reci. Energia electrică poate fi stocată în baterii de condensatoare de mare capacitate sau poate fi utilizată pentru producerea de hidrogen prin electroliza apei.
   În perspectivă, mijloacele tehnice pentru conversia radiației solare,  de studiu sau de procesare  a substanțelor pot fi amplasate pe stații orbitale sau pe corpuri cerești, precum Luna, satelitul natural al Pământului.
    Din cauza  intensităţii reduse a câmpului gravitaţional propriu, Luna nu reţine moleculele de gaze şi vaporii de apă, atmosfera selenară fiind practic inexistentă. Lipsa atmosferei şi a precipitaţiilor, variaţiile mari de temperatură de la zi la noapte, sau între zonele luminate şi cele neluminate, vântul solar şi impactul meteoriţilor sunt principalele condiţii în care s-a format stratul superficial denumit regolit, materie constituită dintr-un amestec de praf şi fragmente de roci de diverse dimensiuni, care pot atinge valori de ordinul metrilor sau chiar mai mult.
  Modificarea strălucirii discului selenar este posibilă în perspectivă, prin acoperirea părţii vizibile a Lunii cu materiale reflectorizante având proprietăţi de reflexie mult  mai bune decât cele ale solului lunar. Aceste materiale trebuie să reziste la  presiuni extrem de mici, precum şi la o radiaţie solară intensă şi la variaţii termice cuprinse aproximativ în intervalul  -160 ºC   şi +130 ºC, corespunzătoare trecerii de la noaptea la ziua selenară.
  Lipsa atmosferei şi a hidrosferei pe Lună prezintă şi aspecte benefice, având în vedere că nu există precipitaţii şi curenţi de aer sau apă care să provoace procese de degradare a materialelor utilizate pentru amenajarea reflectorizantă a discului selenar. Dacă la aceste condiţii se adaugă faptul că solicitările mecanice sunt datorate doar gravitaţiei selenare, de şase ori mai mică decât cea terestră, atunci se justifică afirmaţia că “urmele paşilor cosmonauţilor şi ale vehiculelor lunare folosite în deplasări se vor conserva cel puţin 50 000 de ani “ (Ştefan Airinei, Pământul ca planetă).
    În prezent se cunosc diverse materiale ieftine şi cu proprietăţi reflectătoare bune, care pot rezista un timp îndelungat în condiţiile existente pe Lună, ca de exemplu aluminiul sau varul.
  Stratul reflectorizant se poate obţine prin acoperirea, pe arii din ce în ce mai mari, a părții vizible a Lunii cu  table  subţiri din aluminiu (nichelate sau argintate), precum şi prin împrăştierea prafului de var cu pulverizatoare centrifugale. Suprafaţa care trebuie acoperită fiind foarte mare, este necesar ca grosimea stratului reflectorizant să fie cât mai mic posibilă, pentru a reduce consumul de materiale. Dintr-un metru cub de aluminiu se pot obţine table de 0,1 mm grosime, care permit  acoperirea unei suprafeţe de aproximativ 10 000 m2,  iar o tonă de praf de var este suficientă pentru a acoperi suprafeţe de 10…20 de ori mai mari.
   Pe baza unor studii riguroase de fezabilitate, corelate cu evoluţia tehnicii şi tehnologiei, se poate stabili dacă este avantajos ca materialele reflectorizante să fie aduse de pe Pământ cu ajutorul unor mijloace cosmice de transport (rachete, navete spaţiale) sau pot să fie extrase direct din rocile lunare şi prelucrate  cu maşini şi instalaţii  automatizate. Calciul, element care formează diverse combinaţii chimice, se găseşte în cantităţi însemnate, atât pe Pământ cât şi pe Lună, însă aluminiul trebuie să fie adus de pe Pământ în stare prelucrată- sub formă de pachete din table subţiri, bine ambalate, pentru a asigura siguranţa transportului.
   Deşi aplicarea metodei este dificilă în condiţiile tehnicii actuale şi presupune uriaşe eforturi materiale şi financiare, avantajele sunt incomensurabile pentru evoluţia civilizaţiei pe Pământ, deoarece modificarea strălucirii discului selenar asigură pentru o perioadă îndelungată de timp  nu numai îmbunătăţirea iluminării nocturne a suprafeţei terestre la scară globală, ci şi a climei şi dinamicii atmosferei, prin efectele benefice asupra bilanţului radiativ şi a distribuţiei gradienţilor termici şi de presiune.
   Pe de altă parte, pe fața vizibilă a Lunii se pot amenaja suprafețe de mari dimensiuni (de ordinul miilor de hectare), care sunt acoperite cu un strat reflectorizant și au  forma oglinzilor sferice, focarul acestora  fiind situat pe orbitele unor stații spațiale sau la nivelul atmosferei terestre, cu scopul intensificării radiațiilor selenare și utilizării acestora  pentru producerea de energie electrică.  Această  tehnologie este mai eficientă decât  transmiterea energiei prin fascicule de microunde.
   În perspectivă, satelitul natural al Pământului poate juca rolul de  staţie intermediară, extrem de utilă în cucerirea spaţiului cosmic pentru aprovizionarea cu alimente şi combustibil.
    Realizarea unor habitate umane şi amenajarea suprafeţei Lunii, prin acoperirea unor zone cât mai extinse cu un strat reflectorizant, sunt deziderate  pentru omenire care pot deveni realizabile  prin participarea tuturor naţiunilor, precum şi a unor organisme şi organizaţii internaţionale.  Desigur, în competiția marilor puteri pentru colonizarea Lunii sunt necesare reglementări internaționale stricte pentru valorificarea unor posibile resurse selenare, ca de exemplu metale rare sau chiar  acumulări ale izotopului Heliu-3, sursă importantă de energie prin fuziune nucleară.
Reacţiile nucleare sunt procese de interacţiune între microparticule prin intermediul forţelor nucleare. Din marea diversitate a reacţiilor nucleare un rol important pentru energetică îl au  procesele de fisiune şi de fuziune nucleară.
  Fisiunea stimulată a fost descoperită de O. Hahn, F. Strassman şi L. Meitner. În procesele de fisiune, nucleele grele se rup în două fragmente mai stabile, de masă intermediară, cu eliberarea a 2-3 neutroni rapizi. Neutronii rezultaţi pot iniţia noi procese de fisiune, obţinându-se astfel o reacţie în lanţ cu degajarea unei energii colosale. Pentru ca reacţia în lanţ să nu capete caracter exploziv, se impune ca masa de material fisionabil să nu depăşească o valoare de prag numită masă critică.
   Reactorul nuclear este un sistem controlat în care au loc procese de fisiune nucleară, fiind utilizat în centralele nuclearo-electrice pentru producerea de energie. Primul reactor nuclear cu fisiune a fost pus în funcţiune la Chicago în 1942 de către Enrico Fermi şi colaboratorii săi.
  Principalele componente ale unui reactor sunt: materialul fisionabil, moderatorul, reflectorul, barele de reglaj, barele de siguranţă şi fluidul de răcire.
  Energia degajată în zona activă duce la încălzirea agentului termic din circuitul primar, care asigură transferul căldurii la un circuit secundar - unde este transformată în lucru mecanic de către o turbină cu abur cuplată la un generator electric. În cazul centralei nuclearo-electrice de la Cernavodă, se utilizează ca material fisionabil uraniu natural, iar ca moderator apa grea.
   Exploatarea  în condiţii de siguranţă a centralelor nuclearo-electrice și depozitarea materialelor radioactive rezultate sunt  preocupări majore pentru specialişti.
  Evenimentele legate de cutremurul din 2011, urmat de tsunami, care au afectat centrala nucleară Fukushima Daiichi din Japonia, au adus în prim plan problematica riscului nuclear.
  Prin distrugerea generatoarelor Diesel de la pompele care răcesc reactoarele nucleare, temperatura nu a mai putut fi controlată, iar apa în fierbere s-a descompus în hidrogen şi oxigen, declanşând o mare presiune. Drept consecinţe negative, s-au produs explozii în clădirile care adăpostesc reactoarele 1,2 şi 3 şi mai multe incendii la reactorul 4, iar la reactoarele 5 şi 6 au fost înregistrate valori crescute ale temperaturii.
  Echipele de intervenţie, expuse la radiaţii, au dat dovadă de eroism, pentru a diminua efectele dezastrului. Merită toată admiraţia spiritul de solidaritate al poporului japonez, care acţionează cu fermitate pentru depăşirea catastrofei de la Fukushima.
O sursă practic inepuizabilă de energie o constituie reacţiile termonucleare (de fuziune nucleară), în care, la temperaturi de ordinul zecilor de milioane de grade,  nucleele ușoare  se unesc pentru a forma nuclee de masă intermediară mai stabile. 
  Interesanţi pentru energetica termonucleară sunt izotopii hidrogenului, şi anume deuteriul şi tritiul, care se afă în  cantităţi relativ mari în apa mărilor şi oceanelor.
  Se ştie că stelele constituie uriaşe “reactoare de fuziune” în care elementele uşoare se contopesc în elemente din ce în ce mai grele, la temperaturi care pot depăşi o sută de milioane de grade Kelvin.  Dar, pentru ca “focul stelar” să poată fi aprins în instalaţiile pilot de pe Pământ, este necesar ca, pe lângă obţinerea unei temperaturi foarte înalte a combustibilului nuclear în stare de plasmă, acesta trebuie să fie îngrădit în capcane magnetice pentru a nu se împrăştia, la care se adaugă condiţia ca produsul dintre densitate şi timpul de viaţă al plasmei fierbinţi să depăşească o valoare de prag specificată în criteriul lui Lawson,  nτ ≥ (nτ)min .
  Pentru obţinerea plasmei se folosesc diverse metode , precum: descărcările electrice în gaze, excitarea şi ionizarea termică, excitarea şi ionizarea cu radiaţii electromagnetice (în particular cu fascicule laser de mare putere), bombardarea unor ţinte cu fascicule de particule accelerate, injecţia particulelor electrice în capcane magnetice, ionizarea prin unde şoc etc. Interesul crescut pentru studiul plasmei s-a materializat în diverse instalaţii pilot bazate pe pinch linear (Columbus, Scylla, de plasmă focalizată tip Mather), pinch toroidal ( Alfa, Zeta, Tokamak), capcane magnetice (Ixion, Ogra, DCX, Astron, Stellarator),  confinare inerţială (Janus, Argus, Shiva). 
  În principiu, s-a conturat următorul tablou pentru realizarea în laborator a fuziunii nucleare: plasma de deuteriu (sau un amestec deuteriu-tritiu), cu un înalt grad de puritate, trebuie  confinată rapid într-o geometrie adecvată de câmp electromagnetic, pentru a se atinge în scurt timp parametrii limită impuşi de criteriul Lawson. Au existat şi propuneri ale unor variante de reactori hibrizi (fisiune-fuziune), în care reacțiile termonucleare să fie amorsate prin reacții de fisiune nucleară.
  Având în vedere că utilizarea unor capcane magnetostatice pentru confinarea plasmei în instalațiile pilot s-a dovedit ineficientă, se impune o nouă abordare  a producerii reacțiilor de fuziune nucleară în condiții controlate.
  Propun factorilor de decizie din cercetare în domeniul energiei termonucleare să ia  în considerare configurații polifazate de câmp pentru confinarea, accelerarea şi încălzirea plasmei în capcane electrodinamice.
                                 Fig. 8     Fig. 9
   În fig. 8  este prezentată schema desfășurată a unei înfășurări trifazate, iar în fig. 9 este prezentată schema constructivă a unei instalații pilot de fuziune nucleară.
  Instalaţia pentru fuziunea nucleară este  prevăzută cu  tuburile (22, 23 şi 24), care delimitează incinta (25) pentru descărcarea electrică în deuteriu şi tritiu, cămaşa (26) de litiu lichid, pentru răcire prin transfer a căldurii, precum şi incinta vidată (27), cu rol de izolare termică a suportului de ferită (28), pe care sunt dispuse înfăşurătorile  (29, 30 şi 31) pentru  generarea câmpurilor de inducţie rotaţional, de ghidare axială, respectiv de accelerare şi confinare electrodinamică a plasmei, primele două fiind de tip circular în plan transversal, iar ultima reprezintă o înfăşurare elicoidală  trifazată, conectată la surse electrice de mare intensitate.
   Suportul toroidal (28) joacă rolul unui transformator extrem de compact, având ca primar înfăşurarea (29), prin care se descarcă o baterie de condensatoare de mare capacitate, iar secundarul este reprezentat de plasma din incinta (25), în care se induce un curent axial deosebit de intens, care generează la rândul său un câmp magnetic poloidal de autoconfinare a plasmei la valori impuse de criteriul Lawson.
  Bobinele 30 sunt alimentate în curent continuu, pentru a genera un câmp magnetic vertical constant, perpendicular pe vectorii viteză ai particulelor electrice, pe care le  deviază pe traiectorii circulare sub acţiunea forţelor Lorentz .
  Înfăşurarea trifazată (31) este parcursă de curenţi electrici având componente atât variabile, cât şi continue, pentru a genera o capcană electrodinamică toroidală în care  se produce confinarea şi accelerarea  plasmei.
  Există speranţa ca în perspectivă reacțiile de fuziune controlată să-şi găsească utilizarea firească pentru producerea energiei electrice, şi nu în scopuri distructive, aşa cum s-a întâmplat în exploziile de la Hiroshima şi Nagasaki, la sfârşitul celui de-al doilea război mondial.
  Dacă rațiunea va triumfa și procesul de fuziune nucleară va fi controlat, atunci spectrul crizei energetice va rămâne doar o amintire tulburătoare a omenirii, consemnată  în cărţile de istorie pentru generațiile care vor trăi pe Terra.
În concluzie, într-o viziune optimistă, criza actuală reprezintă o provocare pentru omenire de schimbare a modului de gândire, organizare și acțiune,  pe baza progresului științific, tehnic și tehnologic, exploatarea judicioasă a resurselor materiale și energetice ale planetei fiind cheia dezvoltării durabile.

Bibliografie
1. Airinei Șt., Pămîntul ca planetă, Editura Albatros, București, 1982
2. Borșan D., Fizica atmosferei, Editura Universității din București, 1981
3. Bunget I. ș. a., Compendiu de fizică, Editura  Științifică și Enciclopedică, Bucureşti, 1988    
4. Ștefu N., Marin C. N., Fizica Pământului și a atmosferei, Editura Eurobit, Timișoara, 2008
5. Tudor V., Alma Lux, Editura  Agora, Călăraşi, 2001
6. Ursu  I., Energia atomică, Editura  Științifică, Bucureşti, 1973
7. CBI nr. 98-00802, Concentratori cosmici de radiație, OSIM, 1998
8. CBI nr. a 2000  00135, Metodă pentru intensificarea radiației selenare, OSIM, 1998
9. https://www.academia.edu/49605863/Sub_semnul_creativitatii
10. https://ec.europa.eu